钙钛矿：第三代光伏技术，产业化雏形已现

[Table_Title] 电气设备行业专题研究 钙钛矿：第三代光伏技术，产业化雏形已现 2023 年 12 月 25 日 [Table_Summary] 【投资要点】 ◆ 钙钛矿电池降本增效前景无限，单结覆盖BIPV等特殊场景，叠层赋能晶硅进一步提效。钙钛矿电池具有转换效率上限高、吸光能力强、带隙可调节、材料成本低、生产流程短等优势。我们认为，短期单结钙钛矿有望率先应用于BIPV和CIPV等特殊场景，中长期钙钛矿与晶硅电池叠层有望赋能光伏行业进一步提效。我们预计，到2030年钙钛矿电池（单结&叠层）产能有望超过400GW。 ◆ 工艺端技术路线尚未统一，镀膜工艺为核心。钙钛矿生产流程可简化为在TCO玻璃衬底（单结）或硅基（叠层）衬底上先后沉积空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、导电层和背电极，其中穿插激光刻蚀工艺起到切割、开槽和清边作用，最后进行封装测试。1）镀膜工艺：钙钛矿电池镀膜的常见工艺包括以刮涂、狭缝涂布为代表的湿法镀膜工艺和以PVD、蒸镀、RPD、ALD等为代表的干法镀膜工艺。从实际产业化情况看，目前钙钛矿层通常采用狭缝涂布或真空蒸镀的方式沉积，而空穴传输层、电子传输层可分别使用PVD和RPD/ALD工艺沉积。钙钛矿各膜层的沉积方式与钙钛矿材料体系选择息息相关，未来随着钙钛矿技术和材料体系变化，各类镀膜工艺均有应用空间。2）激光刻蚀：钙钛矿电池涉及四道激光刻蚀工序，其中P1、P2、P3激光划线目的是将部分膜层打开，把大面积钙钛矿电池分割为多个子电池，并使多个子电池形成串联结构，而P4激光工序主要起到清边作用，为后道封装前提。 ◆ 上下游产研联动，产业化雏形已现。随着国内钙钛矿电池技术突飞猛进，技术产业化有提速趋势，以协鑫光电、纤纳光电、极电光能等一大批优秀企业先后落地钙钛矿百兆瓦中试线，并取得优秀的效率表现，目前头部各家GW级产线均已规划建设，预计2024年有望落地。同时，传统晶硅企业依托在晶硅电池上的技术积累，主攻叠层方向，但多数仍处在实验室阶段。设备端，业内企业前瞻性布局钙钛矿镀膜、激光等设备，产品快速迭代升级，京山轻机、捷佳伟创、德龙激光等领先企业均已取得订单并实现出货。材料端，TCO玻璃作为单结钙钛矿电池衬底，成本占比居第一位，金晶科技在2022年5月已经实现自主知识产权的TCO玻璃产线投产，耀皮玻璃通过收购也具备TCO玻璃供应能力；钙钛矿各膜层所需金属靶材、TCO靶材也有优秀企业可供应。 【配置建议】 ◆ 1）镀膜设备推荐京山轻机、奥来德、捷佳伟创，建议关注微导纳米、曼恩斯特、大胜达等；2）激光设备推荐德龙激光、杰普特，建议关注帝尔激光、迈为股份、英诺激光等；3）TCO玻璃推荐金晶科技，建议关注耀皮玻璃等；4）靶材推荐隆华科技、阿石创等。 【风险提示】 ◆ 钙钛矿技术进展不及预期；钙钛矿扩产进度不及预期等。 [Table_Rank] 强于大市（维持） [Table_Author] 东方财富证券研究所 证券分析师：周旭辉 证书编号：S1160521050001 联系人：唐硕 电话：021-23586475 [Table_PicQuote] 相对指数表现 [Table_Report] 相关研究 《特斯拉领衔，人形机器人商业化可期》 2023.12.20 《温控：迈入液冷时代，储能与数据中心温控增量可期》 2023.12.18 《Enphase：2024年户用市场有望恢复》 2023.12.08 《多晶硅：周期、成本和估值探讨》 2023.12.06 《氢燃料电池核心部件拆解，国产化是必要途径》 2023.12.04 -29.91%-21.48%-13.06%-4.64%3.79%12.21%12/252/254/256/258/2510/2512/25电气设备沪深300 [Table_Title1] 行业研究 / 电气设备 / 证券研究报告 挖掘价值 投资成长 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 2 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 正文目录 1.钙钛矿：第三代光伏技术，应用潜力无限 ........................................................ 4 1.1.钙钛矿材料：结构特性优异，光电应用潜力巨大 ........................................ 4 1.2.钙钛矿电池：降本增效前景可期，政策落地产业化提速 ............................ 5 1.3.单结覆盖特殊场景，叠层赋能晶硅提效 ........................................................ 9 2.工艺：技术路线尚未统一，镀膜工艺为核心 .................................................. 13 2.1.生产流程：涉及镀膜、刻蚀、封装三大工艺 .............................................. 13 2.2.镀膜工艺：钙钛矿电池核心工艺，湿法干法各有优势 .............................. 14 2.3.激光刻蚀：形成电路结构，实现电池S型串联 .......................................... 18 3.上下游产研联动，产业化雏形已现 .................................................................. 19 3.1.新兴企业量产先行，晶硅研发快速跟进 ...................................................... 19 3.2.设备升级持续推进，配套材料逐步落地 ...................................................... 21 4.投资建议：关注设备、材料投资机会 .............................................................. 23 5.风险提示 ............................................................................................................. 24 图表目录 图表 1：钙钛矿物晶体............................................................................................ 4 图表 2：钙钛矿晶体结构........................................................................................ 4 图表 3：钙钛矿材料在光伏领域的应用 ................................................................ 5 图表 4：钙钛矿材料制造高亮度LED..................................................................... 5 图表 5：钙钛矿电池工作原理（平面正向电池） ................................................ 5 图表 6：单结钙钛矿电池结构示意图 .................................................................... 6 图表 7：叠层钙钛矿电池结构示意图 .................................................................... 6 图表 8：单晶硅电池（蓝）与钙钛矿电池（红）实验室效率对比 .................... 7 图表 9：钙钛矿层厚度仅0.3微米 ........................................................................ 7 图表 10：钙钛矿带隙覆盖范围广.......................................................................... 7 图表 11：太阳能钙钛矿材料纯度要求低 .............................................................. 8 图表 12：协鑫光电100MW级别钙钛矿组件量产成本构成（%） ........................ 8 图表 13：晶硅电池及钙钛矿电池生产流程对比 .................................................. 8 图表 14：钙钛矿政策文件...................................................................................... 9 图表 15：单结钙钛矿电池应用于BIPV和CIPV场景........................................ 10 图表 16：隆基晶硅光伏幕墙转换效率10%-20%................................................. 10 图表 17：2020-2026年中国BIPV新增装机规模（GW）................................... 11 图表 18：不同结构太阳能电池理论效率极限 .................................................... 12 图表 19：TOPCon电池升级路径 .......................................................................... 12 图表 20：2021-2030年钙钛矿（单结&叠层）产能预测（GW） ....................... 12 图表 21：协鑫光电钙钛矿生产流程及设备示意图 ............................................ 13 图表 22: 晶硅/钙钛矿叠层电池工艺流程 .......................................................... 14 图表 23: 钙钛矿湿法镀膜工艺示意图 ................................................................ 15 图表 24：钙钛矿湿法镀膜工艺优缺点对比 ........................................................ 15 图表 25：真空蒸发镀膜示意图............................................................................ 16 图表 26：真空磁控溅射镀膜示意图 ..................